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JPH0116048B2 - - Google Patents
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JPH0116048B2 - - Google Patents

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JPH0116048B2
JPH0116048B2 JP56170673A JP17067381A JPH0116048B2 JP H0116048 B2 JPH0116048 B2 JP H0116048B2 JP 56170673 A JP56170673 A JP 56170673A JP 17067381 A JP17067381 A JP 17067381A JP H0116048 B2 JPH0116048 B2 JP H0116048B2
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beam forming
coupling
forming circuit
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JUSEISHO TSUSHIN SOGO KENKYUSHOCHO
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JUSEISHO TSUSHIN SOGO KENKYUSHOCHO
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/40Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with phasing matrix

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マルチビームアレーアンテナのビー
ム形成回路のうち、抵抗結合マトリクスと呼ばれ
るビーム形成回路の構成法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of configuring a beam forming circuit called a resistive coupling matrix among beam forming circuits of a multi-beam array antenna.

抵抗結合マトリクスは、入力信号を90゜ずつ位
相の異なる四つの信号に分ける4相位相分配器
と、上記4信号のうち、90゜ずつ位相の異なる2
信号と出力加算線路の間を結合させる結合抵抗群
から成り、上記2信号と結合抵抗の抵抗値を適当
に選ぶことにより、任意の位相を持つ信号を出力
加算線路に取り出し得る回路である。このビーム
形成回路は、任意の素子配列のアレーアンテナに
適用でき、かつ、任意の方向に複数のビームを形
成することができるという優れた特徴を有してお
り、しかも、ママイクロストリツプ線路等を用い
て、比較的簡単に構成できるため、特に衛星とう
載用マルチビームアンテナのビーム形成回路とし
て適している。ただし、これは、損失性回路であ
るので、通常は中間周波数帯で用いられる。4相
位相分配器と結合抵抗を用いたビーム形成回路の
例は既に、マサチユーセツツ工科大学(MIT)、
リンカーン研究所(Lincoln Laboratory)テク
ニカルレポート(Technical Report)1960年第
2部、第4章、No.228エス.スポエリー氏(S.
Spoerri)の論文「“1959年7月1日から1960年7
月1日までのフエーズドアレーレーダ研究”にお
ける固定ビーム形成」(Fixed beam forming,
in“Phased Array Radar Studies,
1July1959to1July1960,”)やESAジヤーナル
(European Space Agency Journal)
1980Vol.4,319〜336頁、アール.コアロールト
氏(R.Coirault)及びダブリユ.クリード氏
(W.Kriedte)の論文“L―バンド帯マルチビー
ムの形成:フエーズドアレーによる方法”
(Multibeam Generation at L―Band:A
Phased―Array Approach)に見いだされる。
The resistive coupling matrix consists of a 4-phase phase divider that divides the input signal into four signals that differ in phase by 90 degrees, and a 4-phase phase divider that divides the input signal into four signals that differ in phase by 90 degrees.
This circuit consists of a group of coupling resistors that couple the signal and the output addition line, and by appropriately selecting the resistance values of the two signals and the coupling resistor, it is possible to take out a signal with an arbitrary phase to the output addition line. This beam forming circuit has the excellent feature that it can be applied to an array antenna with any element arrangement and can form multiple beams in any direction. Since it can be constructed relatively easily using the following, it is particularly suitable as a beam forming circuit for a multi-beam antenna mounted on a satellite. However, since this is a lossy circuit, it is usually used in intermediate frequency bands. Examples of beam forming circuits using four-phase phase splitters and coupling resistors have already been developed at Massachusetts Institute of Technology (MIT),
Lincoln Laboratory Technical Report 1960 Part 2, Chapter 4, No. 228 S. Mr. Spoelly (S.
Spoerri)'s paper ``From July 1, 1959 to July 1960
"Fixed beam forming in phased array radar research"
in“Phased Array Radar Studies,
1July1959to1July1960,”) and ESA Journal (European Space Agency Journal)
1980Vol.4, pp.319-336, R. Mr. Coirault and D. Coirault. W. Kriedte's paper “L-band multi-beam formation: method using phased array”
(Multibeam Generation at L-Band:A
Phased-Array Approach).

ところで、このマトリクスの結合点の数は、ア
ンテナ素子数をN、ビーム数をMとすると、2×
M×N個になり、しかも、一般に素子数は、ビー
ム数に比例して増加することになるので、ビーム
数が多いマルチビームアンテナでは、マトリクス
サイズは非常に大形化し、これが構造上及び電気
性能上、いろいろな困難を生じさせていた。この
ビーム形成回路は、本来、任意の素子配列やビー
ム配列のマルチビームアンテナに適用できるもの
であるが、従来は、実用上重要な素子配列やビー
ム配列に対称性がある場合にもそのまま適用され
ていたため、上記の大形化に伴う問題で実用範囲
に制限があつた。
By the way, the number of connection points in this matrix is 2×, where N is the number of antenna elements and M is the number of beams.
In addition, the number of elements generally increases in proportion to the number of beams, so in a multi-beam antenna with a large number of beams, the matrix size becomes extremely large, which causes structural and electrical problems. This caused various problems in terms of performance. Originally, this beam forming circuit could be applied to multi-beam antennas with any element arrangement or beam arrangement, but in the past, it could also be applied as is when there is symmetry in the element arrangement or beam arrangement, which is important for practical use. Therefore, the practical range was limited due to the problems associated with the increase in size.

本発明は、素子アンテナの配列とビーム配列に
対称性がある場合、対称性を利用して、マルチビ
ームアレーアンテナのビーム形成回路を大幅に小
形化、簡易化することを目的としたものである。
The present invention is aimed at significantly downsizing and simplifying the beam forming circuit of a multi-beam array antenna by utilizing symmetry when there is symmetry between the arrangement of element antennas and the beam arrangement. .

第1図は、公知の抵抗結合抵マトリクスの構成
の一例である。いま、受信アンテナの場合につい
て説明すると、図において、1―1,1―2,
…,1―Nは入力端子でアンテナ素子数に対応し
N個ある。2―1,…,2―Nは4相位相分配
器、3R11,3R12,…,3RNMは位相0゜
又は180゜の線路に結合する抵抗、3I11,3I
12,…,3INMは位相90゜又は270゜の線路に結
合する抵抗、4―1,4―2,…4―Mは出力加
算線路、5―1,5―2,…5―Mは出力端子
で、マルチビームのビーム数に対応し、M個あ
る。ここでR及びIはそれぞれ信号の実数部及び
虚数部を意味する添字である。また、6は反射を
防ぐための終端抵抗である。送信アンテナとして
用いられる場合には、第1図の各入力端子1―
1,1―2,…1―N等に各ビームを形成する信
号が入力し、各出力端子5―1,5―2,…5―
M等は各素子に接続するだけで、基本的動作は同
じであるので、以下、受信アンテナの場合につき
説明する。なお、第1図から第5図までの各図を
通して、同一符号は同一又は相当部分である。
FIG. 1 shows an example of the configuration of a known resistance-coupled resistor matrix. Now, to explain the case of the receiving antenna, in the figure, 1-1, 1-2,
..., 1-N are input terminals, and there are N corresponding to the number of antenna elements. 2-1,..., 2-N are four-phase phase dividers, 3R11, 3R12,..., 3RNM are resistors coupled to the 0° or 180° phase line, 3I11, 3I
12,...,3INM are resistors coupled to the phase 90° or 270° line, 4-1, 4-2,...4-M are output addition lines, 5-1, 5-2,...5-M are outputs There are M terminals corresponding to the number of beams in the multi-beam. Here, R and I are subscripts meaning the real part and imaginary part of the signal, respectively. Further, 6 is a terminating resistor for preventing reflection. When used as a transmitting antenna, each input terminal 1-
Signals for forming each beam are input to 1, 1-2, ... 1-N, etc., and each output terminal 5-1, 5-2, ... 5-
Since the basic operation is the same except that M, etc. are connected to each element, the case of the receiving antenna will be explained below. Note that the same reference numerals represent the same or corresponding parts throughout the figures from FIG. 1 to FIG. 5.

N個の素子アンテナによる受信信号は、コヒー
レンシイを保つたまま、中間周波数に周波数変換
され、第1図のビーム形成回路の入力端子1―
1,1―2,…1―Nに入力する。ここで、アン
テナから高周波増幅器をへて周波数変換器までの
回路は図示しない。各入力信号は4相位相分配器
2―1,…2―N等によつて90゜ずつ位相の異な
る等振幅信号に分割される。このうち90゜位相差
のある適当な2信号を、必要な位相から決まる抵
抗値を持つ結合抵抗3R11,3R12,…3
RNM及び3I11,3I12,…3INMを介し
て、出力加算線路4―1,4―2,…4―Mに結
合すると、任意の位相偏移を持つ信号が得られ
る。各アンテナ素子からの信号に、それぞれ必要
な位相偏移を与えて、その出力を加え合わせる
と、特定の方向の放射ビームに対応した合成出力
が1個の出力端子に取り出される。したがつて、
複数個の出力加算線路を用意して、第1図のよう
なマトリクス回路を構成し、各結合抵抗の抵抗値
を適当に選べば、マルチビームアレーアンテナの
ビーム形成回路が構成できる。
The signals received by the N element antennas are frequency-converted to an intermediate frequency while maintaining coherency, and are input to the input terminal 1 of the beam forming circuit shown in FIG.
Input to 1, 1-2, ...1-N. Here, the circuit from the antenna to the high frequency amplifier to the frequency converter is not shown. Each input signal is divided into equal amplitude signals having phases different by 90° by four-phase phase dividers 2-1, . . . 2-N, etc. Out of these, two appropriate signals with a 90° phase difference are connected to coupling resistors 3R11, 3R12,...3 whose resistance values are determined based on the required phase.
When coupled to output summing lines 4-1, 4-2, . . . 4-M via RNM and 3I11, 3I12, . . . 3INM, a signal with an arbitrary phase shift is obtained. When the signals from each antenna element are given a necessary phase shift and their outputs are added, a combined output corresponding to a radiation beam in a specific direction is taken out at one output terminal. Therefore,
By preparing a plurality of output addition lines to construct a matrix circuit as shown in FIG. 1, and appropriately selecting the resistance value of each coupling resistor, a beam forming circuit for a multi-beam array antenna can be constructed.

このビーム形成回路は、バツトラーマトリクス
等、他の形式のものに比べると、ハードウエアの
構成が簡単で、コンパクトなものになるが、それ
でもビーム数が多くなると、上記回路も大形化
し、寸法、重量、機械的共振等、衛星とう載上の
機構的問題が発生するとともに、次のような電気
性能上の問題が生じる。この回路においては、抵
抗による結合は、入・出力線路のインピーダンス
に影響を及ぼさないように、十分小さいものでな
ければならない。しかも、結合点数が多いほど
個々の結合は小さくなければならない。したがつ
て、結合抵抗の抵抗値は線路インピーダンスに比
べ、十分大きいことが必要となる。通常、数10M
Hzの中間周波数で、線路のインピーダンスは数Ω
から数10Ωであるのに対し、数100Ωから数kΩ
の範囲の結合抵抗が用いられる。ところが、この
ような周波数帯では抵抗自身の持つ分布容量によ
るリアクタンスの影響が無視できなくなり、これ
により位相偏移に誤差を生じることになる。リア
クタンスの影響は抵抗値の大きいものほど顕著で
あるので、ビーム数が多いビーム形成回路ほどビ
ーム形成特性が劣化することになる。
This beam forming circuit has a simpler and more compact hardware configuration than other types of circuits such as the Butler matrix, but as the number of beams increases, the circuit also becomes larger and the size increases. In addition to mechanical problems such as weight, mechanical resonance, etc., which occur during satellite loading, the following electrical performance problems also occur. In this circuit, the resistance coupling must be sufficiently small so as not to affect the impedance of the input/output lines. Moreover, the larger the number of bonding points, the smaller the individual bonds must be. Therefore, the resistance value of the coupling resistor needs to be sufficiently larger than the line impedance. Usually several 10M
At an intermediate frequency of Hz, the line impedance is a few ohms.
from several 10 Ω to several 100 Ω to several kΩ
A coupling resistance in the range of is used. However, in such a frequency band, the influence of reactance due to the distributed capacitance of the resistor itself cannot be ignored, and this causes an error in the phase shift. Since the influence of reactance is more pronounced as the resistance value increases, the beam forming characteristics deteriorate as the number of beams increases in the beam forming circuit.

さらに、回路の大形化に伴い、出力加算線路長
が増加し、各素子からの線路長差による位相変化
が無視できなくなり、その補正が必要になるとい
う問題も生じる。
Furthermore, as the size of the circuit increases, the length of the output addition line increases, and a problem arises in that the phase change due to the difference in line length from each element cannot be ignored and must be corrected.

これらの問題は、すべてマトリクスの結合点数
の多いことに起因しているので、結合抵抗の共用
等によつて、結合点数を減少させることができれ
ば、上記の問題はほとんど解決される。
All of these problems are caused by the large number of coupling points in the matrix, so if the number of coupling points can be reduced by sharing coupling resistors, most of the above problems can be solved.

ところで、実用されているマルチビームアレー
アンテナでは、素子配列やビーム配列に対称性を
有するものが多いが、従来は、このようなアンテ
ナに対しても、第1図のような構成の回路がその
まま用いられていたため、前述のような欠点があ
つた。
By the way, many of the multi-beam array antennas in practical use have symmetry in their element arrangement and beam arrangement, but conventionally, even for such antennas, a circuit with the configuration shown in Figure 1 was used as is. Because it was used, it had the disadvantages mentioned above.

本発明は、この欠点を除くため、素子配列とビ
ーム配列に対称性を有するマルチビームアレーア
ンテナのビーム形成回路を、その対称性を利用し
て、結合点数を減少させ、小形、軽量化とともに
ビーム形成特性の優れたビーム形成回路を実現す
るもので、以下図面により詳細に説明する。
In order to eliminate this drawback, the present invention utilizes the symmetry of a beam forming circuit for a multi-beam array antenna that has symmetry in its element arrangement and beam arrangement to reduce the number of coupling points, thereby reducing the size and weight of the beam. This realizes a beam forming circuit with excellent forming characteristics, and will be explained in detail below with reference to the drawings.

はじめに、素子配列とビーム配列の対称性につ
いて説明する。第2図は、対称リングアレーと座
標系である。このアレーは、X―Y面上に、リン
グの中心が座標系の原点Oと一致するように置か
れており、また、観測点Pの方向は極座標(θ,
φ)で表される。各リング上では、素子アンテナ
の全部又は一部分が2素子の対をなし、その対が
リング中心に関し、点対称な位置に配置されてい
るものとする。この図で、例えば、素子7―nに
対しては素子7―n′が対称な対を構成している。
このような対称性を有するアレーには、通常よく
用いられる方形配列アレー、三角配列アレー等、
多くの平面アレーアンテナが含まれる。
First, the symmetry of the element arrangement and beam arrangement will be explained. FIG. 2 shows a symmetrical ring array and coordinate system. This array is placed on the XY plane so that the center of the ring coincides with the origin O of the coordinate system, and the direction of the observation point P is polar coordinates (θ,
φ). On each ring, all or part of the element antennas form a pair of two elements, and the pairs are arranged at point-symmetrical positions with respect to the center of the ring. In this figure, for example, element 7-n' constitutes a symmetrical pair with respect to element 7-n.
Arrays with such symmetry include commonly used square arrays, triangular arrays, etc.
Includes many planar array antennas.

次にビーム配列の対称性について説明する。ビ
ームについても、ビームの全部又は一部分が対称
な対をなしていて、例えば第2図で、1つのビー
ムがθ,φ方向に向いているとすれば、その対と
なるビームがθ,φ+π方向に向いている。
Next, the symmetry of the beam arrangement will be explained. Regarding beams, all or part of the beams form a symmetrical pair. For example, in Figure 2, if one beam is oriented in the θ and φ directions, the paired beam is oriented in the θ and φ+π directions. suitable for

さて、上記のような素子配列とビーム配列に対
称性を有するマルチビームアレーアンテナの励振
位相を調べると、次のような関係にあることがわ
かる。
Now, when examining the excitation phase of a multi-beam array antenna having symmetry in the element arrangement and beam arrangement as described above, it is found that the following relationship exists.

(1) 任意の一つのビームを形成するための対称位
置にある二つの素子の位相は、大きさが等しく
符号は反対である。すなわち、上記2素子の励
振信号は互いに複素共役の関係にある。
(1) The phases of two elements at symmetrical positions to form any one beam are equal in magnitude and opposite in sign. That is, the excitation signals of the two elements are in a complex conjugate relationship with each other.

(2) 対称な二つのビームを形成する場合、任意の
ある素子アンテナの上記2ビームに対する励振
信号は、互いに複素共役の関係にある。
(2) When forming two symmetrical beams, the excitation signals for the two beams of an arbitrary element antenna are in a complex conjugate relationship with each other.

第3図は、位相ベクトル図で、図の8aと8b
は互いに複素共役の信号の位相関係を表してい
る。第1図のビーム形成回路と対応させてみる
と、複素共役の2信号では、位相の実数部成分8
cは大きさ、符号とも等しく、虚数部成分8dと
8d′は大きさが等しく、符号は反対になつている
ことがわかる。
Figure 3 is a phase vector diagram, 8a and 8b in the figure.
represents the phase relationship of mutually complex conjugate signals. Corresponding to the beam forming circuit shown in Figure 1, for two complex conjugate signals, the real part component of the phase is 8
It can be seen that c has the same size and sign, and the imaginary components 8d and 8d' have the same size and opposite signs.

この性質を利用すれば、互いに複素共役である
二つの入力信号に対して、4相位相分配器と抵抗
マトリクス部を共用し、また、互いに複素共役な
二つの出力信号を得る場合には、結合抵抗を共用
することが可能となる。
By utilizing this property, it is possible to share the four-phase phase divider and the resistance matrix section for two input signals that are complex conjugate to each other, and to obtain two output signals that are complex conjugate to each other, it is possible to combine It becomes possible to share a resistor.

第4図は入力回路の共用の実施例で、1―nと
1―n′は対称素子の端子、9a,9b,9cはπ
―ハイブリツド、10はπ/2固定位相器であ
る。端子1―n及び1―n′からの複素共役な入力
信号をそれぞれA及びBとすると、π―ハイブリ
ツド9aを通つた後得られる二つの信号は、一方
が和信号A+B、他方が差信号A―Bとなる。和
信号はその後、もう一つのπ―ハイブリツド9b
に入力され、その出力として、位相が0゜と180゜の
二つの信号が得られ、このうち一方の信号が、必
要とする位相から決まる抵抗値を持つ結合抵抗3
Rn1,…3Rnm,…3RnMを介して、出力加算
線路4―1,…4―m,…4―Mに結合される。
したがつて、信号A,Bに対する結合出力の実数
部は大きさ、符号とも等しくなる。
Figure 4 shows an example in which the input circuit is shared, 1-n and 1-n' are terminals of symmetrical elements, and 9a, 9b, 9c are π
- Hybrid, 10 is a π/2 fixed phase shifter. Assuming that the complex conjugate input signals from terminals 1-n and 1-n' are A and B, respectively, the two signals obtained after passing through the π-hybrid 9a are one of the sum signal A+B and the other of the difference signal A. -It becomes B. The sum signal is then converted to another π-hybrid 9b
As its output, two signals with a phase of 0° and 180° are obtained, and one of these signals is connected to a coupling resistor 3 whose resistance value is determined by the required phase.
It is coupled to output addition lines 4-1,...4-m,...4-M via Rn1,...3Rnm,...3RnM.
Therefore, the real parts of the combined output for signals A and B are equal in size and sign.

一方、差信号A―Bは、90゜の固定移相器10
を通ることにより、90゜の位相偏位を受けた後、
π―ハイブリツド9cに入力され、その結果、
90゜と270゜の位相が得られる。このうち、一方の
信号が、必要とする位相から決まる抵抗値を持つ
結合抵抗3In1,…3Inm,…3InMを介して、
出力加算線路4―1,…4―m,…4―Mに結合
される。したがつて、信号A,Bに対する結合出
力の虚数部は、大きさが等しく、符号は反対とな
る。
On the other hand, the difference signal A-B is transmitted through a 90° fixed phase shifter 10.
After receiving a phase deviation of 90° by passing through
is input into the π-hybrid 9c, and as a result,
Phases of 90° and 270° are obtained. Among these, one signal passes through coupling resistors 3In1,...3Inm,...3InM whose resistance value is determined based on the required phase.
It is coupled to output addition lines 4-1,...4-m,...4-M. Therefore, the imaginary parts of the combined output for signals A and B are equal in magnitude and opposite in sign.

この結果、出力端子5―1,…5―m,…5―
Mには、複素共役の入力信号A,Bに対し、さら
に複素共役の位相偏移が加えられた信号が取り出
される。したがつて、結合抵抗3Rnm等や3
Inm等の抵抗値を適切に選べば、入力端子1―n
と1―n′からの信号が同相で加え合わされ、出力
端子5に得られることになる。第1図の従来の形
式の場合には、二つの対称入力に対して、個々に
位相分配回路と結合抵抗が必要であつたのに対
し、本発明の場合には、1系統で二つの対称入力
に対する出力信号が得られることになる。したが
つて、もし全アンテナ素子が対称な対を構成して
いるアレーアンテナの場合には、入力回路の個数
は、従来のビーム形成回路の半分に減少する。
As a result, output terminals 5-1,...5-m,...5-
A signal obtained by adding a complex conjugate phase shift to the complex conjugate input signals A and B is extracted from M. Therefore, the coupling resistance 3Rnm etc.
If the resistance value such as Inm is selected appropriately, input terminal 1-n
The signals from 1-n' and 1-n' are added together in phase and obtained at output terminal 5. In the case of the conventional system shown in Fig. 1, separate phase distribution circuits and coupling resistors were required for the two symmetrical inputs, but in the case of the present invention, two symmetrical inputs are required in one system. An output signal for the input will be obtained. Therefore, in the case of an array antenna in which all antenna elements form symmetrical pairs, the number of input circuits is reduced to half that of conventional beamforming circuits.

次に、出力信号の複素共役性を利用して、結合
抵抗の個数を半分にする抵抗マトリクスの構成に
ついて説明する。これは、受信用マルチビームア
ンテナの場合には、二つの対称ビームに対して、
結合抵抗を共用することを意味する。
Next, a configuration of a resistance matrix that uses the complex conjugate nature of the output signal to reduce the number of coupled resistances by half will be described. In the case of a receiving multi-beam antenna, this means that for two symmetrical beams,
This means that the joint resistance is shared.

第5図は、この場合の実施例で、入力側回路は
第1図の原形と同じであるが、出力加算線路は、
結合抵抗3R1m,…3RNmを介して、4相位
相分配された線路のうち実数部(0゜又は180゜)の
みに結合する線路4Rmと結合抵抗3I1m,…
3INmを介して虚数部(90゜又は270゜)のみに結
合する線路4Imとに分けられ、それぞれが各素
子アンテナからの信号と結合抵抗群で結合された
後、π―ハイブリツド9dで合成される。この結
果、二つの出力端子5―mと5―m′には、それ
ぞれ実数部と虚数部の和及び差が出力される。こ
れらの信号は、互いに複素共役の関係にあるか
ら、結局、5―mと5―m′には二つの対称ビー
ムの出力が得られることになる。これと第1図の
原形を比較してみると、出力加算線路の数は同じ
であるが、結合抵抗の個数は半分になつているこ
とがわかる。
Figure 5 shows an example of this case, and the input side circuit is the same as the original in Figure 1, but the output addition line is
Through coupling resistors 3R1m,...3RNm, a line 4Rm that is coupled only to the real part (0° or 180°) of the four-phase phase-divided line and coupling resistors 3I1m,...
It is divided into a line 4Im that couples only to the imaginary part (90° or 270°) via 3INm, and each is combined with the signal from each element antenna through a coupling resistance group, and then combined by a π-hybrid 9d. . As a result, the sum and difference of the real part and the imaginary part are output to the two output terminals 5-m and 5-m', respectively. Since these signals are in a complex conjugate relationship with each other, two symmetric beam outputs are obtained at 5-m and 5-m'. Comparing this with the original form shown in Figure 1, it can be seen that the number of output addition lines is the same, but the number of coupling resistors is halved.

以上説明したように、この発明によれば、実用
的によく用いられる素子配列やビーム配列に対称
性を有するマルチビームアレーアンテナの抵抗結
合形ビーム形成回路を、その対称性を利用するこ
とにより、結合点数を大幅に少なくすることがで
きる。例えば、全素子アンテナと全ビームが対称
性を有する場合には、マトリクスの結合点数は原
形の1/4になる。それにより、ビーム形成回路の
小形化、軽量化及び製作が容易になるなどの利点
を有するとともに、電気的にも、リアクタンスの
影響の小さい抵抗の使用が可能になり、ビーム形
成特性の良好なビーム形成回路が得られるなどの
利点も有するので、特にビーム数の多い衛星とう
載用マルチビームアレーアンテナのビーム形成回
路を実現するのに大きな効果がある。
As explained above, according to the present invention, by utilizing the symmetry of a resistively coupled beam forming circuit for a multi-beam array antenna that has symmetry in its element arrangement and beam arrangement, which is often used in practical applications, The number of connection points can be significantly reduced. For example, if all element antennas and all beams have symmetry, the number of connection points in the matrix will be 1/4 of the original shape. This has the advantage of making the beam forming circuit smaller, lighter, and easier to manufacture.In addition, electrically, it is possible to use a resistor that is less affected by reactance, resulting in a beam with good beam forming characteristics. Since it also has the advantage that a forming circuit can be obtained, it is particularly effective in realizing a beam forming circuit for a multi-beam array antenna mounted on a satellite with a large number of beams.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、公知の抵抗結合マトリクスのブロツ
クダイアグラム、第2図は対称な位置に置かれた
素子対から構成される平面アレーアンテナと座標
系を示す図、第3図は複素共役の励振信号の位相
関係を示すベクトル図、第4図は特許請求の範囲
1記載の発明である入力側回路の一実施例を示す
ブロツクダイアグラム、第5図は特許請求の範囲
2記載の発明である出力信号の複素共役性を利用
して、結合抵抗数を減少した場合の一実施例を示
すブロツクダイアグラムである。 1―1,1―2,…1―N……入力端子、2―
1,…2―N……4相位相分配器、3R11,3
R12,…3RNM及び3I11,3I12,…
3INM……結合抵抗、4―1,4―2,…4―
M……出力加算線路、5―1,5―2,…5―M
……出力端子、6……終端抵抗、7―nと7―
n′……対称配列素子対、8a及び8b……反対称
位相ベクトル、8c……位相ベクトルの実数部成
分、8d及び8d′……位相ベクトルの虚数部成
分、1―n及び1―n′……対称素子に対応する入
力端子、9a〜9d……π―ハイブリツド、10
……π/2移相器、4Rm及び4Im……それぞれ
4相位相分配器からの出力のうち、実数部のみ及
び虚数部のみに結合する出力加算線路、5―m及
び5―m′……対称ビームに対する出力端子。
Fig. 1 is a block diagram of a known resistive coupling matrix, Fig. 2 is a diagram showing a planar array antenna consisting of pairs of elements placed symmetrically and a coordinate system, and Fig. 3 is a diagram showing a complex conjugate excitation signal. 4 is a block diagram showing an embodiment of the input side circuit according to the invention as claimed in claim 1, and FIG. 5 is a vector diagram showing the phase relationship of the invention as claimed in claim 2. FIG. 2 is a block diagram showing an example in which the number of coupled resistances is reduced by utilizing the complex conjugate property of . 1-1, 1-2,...1-N...Input terminal, 2-
1,...2-N...4-phase phase divider, 3R11,3
R12,...3RNM and 3I11, 3I12,...
3INM...Coupling resistance, 4-1, 4-2,...4-
M...Output addition line, 5-1, 5-2,...5-M
...Output terminal, 6...Terminal resistor, 7-n and 7-
n'...Symmetric array element pair, 8a and 8b...Antisymmetric phase vector, 8c...Real component of phase vector, 8d and 8d'...Imaginary component of phase vector, 1-n and 1-n' ...Input terminals corresponding to symmetrical elements, 9a to 9d...π-hybrid, 10
...π/2 phase shifter, 4Rm and 4Im...Output addition lines, 5-m and 5-m', which couple only the real part and only the imaginary part of the outputs from the four-phase phase divider, respectively. Output terminal for symmetrical beams.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数の入力に対応した複数の4相位相分配器
と複数の出力端子の間に各位相に対応する結合抵
抗をマトリクス接続したマルチビーム形成回路に
おいて、互いに複素共役の関係にある二つの入力
信号に対し4相位相分配器及び結合抵抗部を共用
することにより、4相位相分配器及びマトリクス
の結合抵抗数を減少させることを特徴とするマル
チビーム形成回路。 2 複数の入力に対応した複数の4相位相分配器
と複数の出力端子の間に各位相に対応する結合抵
抗をマトリクス接続したマルチビーム形成回路に
おいて、出力加算線路を各4相位相分配器の四つ
の出力のうちの実数部のみに結合する抵抗と加算
線路、及び虚数部のみに結合する抵抗と加算線路
の2組で構成し、それら2組の出力をハイブリツ
ドを用いて合成することにより、最少の結合抵抗
で二つの互いに複素共役の出力信号を得ることを
特徴とするマルチビーム形成回路。
[Claims] 1. In a multi-beam forming circuit in which coupling resistors corresponding to each phase are connected in a matrix between a plurality of four-phase phase distributors corresponding to a plurality of inputs and a plurality of output terminals, a mutually complex conjugate relationship is established. A multi-beam forming circuit characterized in that the four-phase phase divider and the number of coupling resistances of the matrix are reduced by sharing the four-phase phase divider and the coupling resistance section for two input signals in the multi-beam forming circuit. 2. In a multi-beam forming circuit in which coupling resistors corresponding to each phase are connected in a matrix between multiple 4-phase phase dividers corresponding to multiple inputs and multiple output terminals, the output summing line is connected to each 4-phase phase divider. It consists of two sets: a resistor and summing line that connects only the real part of the four outputs, and a resistor and summing line that couples only the imaginary part of the four outputs, and by combining the outputs of these two sets using a hybrid, A multi-beam forming circuit characterized in that it obtains two mutually complex conjugate output signals with minimum coupling resistance.
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